电子技术课件-基本放大电路VIP

电子技术 张振英2015年3月 鹰潭职业技术学院江铜校区 第二章 基本放大电路单元 一 本章主要内容 1 放大电路基础知识2 晶体管共射放大电路3 晶体管共集电极放大电路4 放大电路中的负反馈 二 本章学习要点 组成放大电路的各元件的作用与工作原理2 基本放大电路的静态分析与动态分析3 反馈类型的判断与反馈对放大电路性能的影响 一 放大的概念 放大的对象 变化量放大的本质 能量的控制放大的特征 功率放大放大的基本要求 不失真 放大的前提 判断电路能否放大的基本出发点 至少一路直流电源供电 电子技术 2 1 放大电路基础知识 模电 二 性能指标 1 放大倍数 输出量与输入量之比 电压放大倍数是最常被研究和测试的参数 对信号而言 任何放大电路均可看成二端口网络 电子技术 2 1 放大电路基础知识 2 输入电阻Ri 从输入端看进去的等效电阻 输入电阻的定义 信号源电压与输入电压的关系 输入电阻越大 信号电压损失越小 2 1 放大电路基础知识 3 输出电阻Ro 任何放大电路的输出对于负载都可以等效成一个有内阻的电压源 电压源的内阻称为输出电阻RO 定义 输出电阻越小 负载电阻变化时 输出电压信号的变化越小 输出越稳定 称放大电路带负载能力越强 2 1 放大电路基础知识 4 非线性失真 6 最大不失真输出电压 在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压 或最大输出电流 可用峰 峰值表示 或有效值表示 由于三极管的非线性而造成放大电路的输出信号失真称为非线性失真 2 1 放大电路基础知识 三 共发射极放大电路的组成与各元件的作用 共发射极放大电路 2 1 放大电路基础知识 电子技术 1 电路和组成 1 共发射极放大电路各元件作用 晶体管T 放大元件 iC iB 要保证发射结正偏 集电结反偏 使晶体管工作在放大区 基极电源EB与基极电阻RB 使发射结处于正偏 并提供大小适当的基极电流 共发射极基本电路 电子技术 2 1 放大电路基础知识 集电极电源EC 保证集电结反偏 并为电路提供能量 集电极电阻RC 将变化的电流转换为变化的电压 耦合电容C1 C2 隔离输入 输出与放大电路直流的联系 同时使信号顺利输入 输出 信号源 负载 共发射极基本电路 2 共发射极放大电路各元件作用 电子技术 2 1 放大电路基础知识 单电源供电时常用的画法 共发射极放大电路 电子技术 2 1 放大电路基础知识 ua交流分量 UA直流分量 uA全量 电压 三 符号的规定 电子技术 2 2晶体管共射极放大电路 共发射极放大电路 共发射极放大电路的电压放大作用 无输入信号 ui 0 时 uo 0uBE UBEuCE UCE 电子技术 结论 1 无输入信号电压时 三极管各电极上都是恒定的电压和电流 IB UBE和IC UCE IB UBE 和 IC UCE 分别对应于输入 输出特性曲线上的一个点 称为静态工作点 电子技术 共发射极放大电路的电压放大作用 UBE 无输入信号 ui 0 时 uo 0uBE UBEuCE UCE 有输入信号 ui 0 时 uCE UCC iCRC uo 0uBE UBE uiuCE UCE uo 共发射极放大电路的电压放大作用 电子技术 结论 2 加上输入信号电压后 各电极电流和电压的大小均发生了变化 都在直流量的基础上叠加了一个交流量 但方向始终不变 集电极电流 直流分量 交流分量 动态分析 静态分析 电子技术 共发射极放大电路的电压放大作用 结论 3 若参数选取得当 输出电压可比输入电压大 即电路具有电压放大作用 4 输出电压与输入电压在相位上相差180 即共发射极电路具有反相作用 电子技术 共发射极放大电路的电压放大作用 1 实现放大的条件 1 晶体管必须工作在放大区 发射结正偏 集电结反偏 2 正确设置静态工作点 使晶体管工作于放大区 3 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流 4 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压 经电容耦合只输出交流信号 2 2 1放大电路的静态分析 电子技术 2 直流通路和交流通路 因电容对交 直流的作用不同 在放大电路中如果电容的容量足够大 可以认为它对交流分量不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通路是不同的 直流通路 无信号时电流 直流电流 的通路 用来计算静态工作点 交流通路 有信号时交流分量 变化量 的通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 电子技术 2 2 1放大电路的静态分析 例 画出下图放大电路的直流通路 直流通路 直流通路用来计算静态工作点Q IB IC UCE 对直流信号电容C可看作开路 即将电容断开 断开 断开 对交流信号 有输入信号ui时的交流分量 XC 0 C可看作短路 忽略电源的内阻 电源的端电压恒定 直流电源对交流可看作短路 短路 短路 对地短路 交流通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 2 2 1放大电路的静态分析 静态 放大电路无信号输入 ui 0 时的工作状态 3 放大电路的静态分析 静态分析 确定放大电路的静态值 静态工作点Q IB IC UCE 分析方法 估算法 图解法 所用电路 放大电路的直流通路 设置Q点的目的 1 使放大电路的放大信号不失真 2 使放大电路工作在较佳的工作状态 静态是动态的基础 用估算法确定静态值 根据电流放大作用 当UBE UCC时 由KVL UCC IBRB UBE 由KVL UCC ICRC UCE 所以UCE UCC ICRC 电子技术 例1 用估算法计算静态工作点 已知 UCC 12V RC 4k RB 300k 37 5 解 注意 电路中IB和IC的数量级不同 例2 用估算法计算图示电路的静态工作点 由例1 例2可知 当电路不同时 计算静态值的公式也不同 由KVL可得 由KVL可得 2 2 2放大电路的动态分析 动态 放大电路有信号输入 ui 0 时的工作状态 动态分析 计算电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 分析方法 微变等效电路法 图解法 所用电路 放大电路的交流通路 目的 找出Au ri ro与电路参数的关系 微变等效电路法 2 2 2放大电路的动态分析 微变等效电路 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路 即把非线性的晶体管线性化 等效为线性元件 线性化的条件 晶体管在小信号 微变量 情况下工作 因此 在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替 微变等效电路法 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 2 2 2放大电路的动态分析 1 晶体管的微变等效电路 晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出 1 输入回路 当信号很小时 在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化 UBE 晶体管的输入电阻 晶体管的输入回路 B E之间 可用rbe等效代替 即由rbe来确定ube和ib之间的关系 对于小功率三极管 rbe一般为几百欧到几千欧 2 输出回路 rce愈大 恒流特性愈好 因rce阻值很高 一般忽略不计 晶体管的输出电阻 输出特性 输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线 晶体管的电流放大系数 晶体管的输出回路 C E之间 可用一受控电流源ic ib等效代替 即由 来确定ic和ib之间的关系 一般在20 200之间 在手册中常用hfe表示 O 2 2 2放大电路的动态分析 ib 晶体三极管 微变等效电路 1 晶体管的微变等效电路 晶体管的B E之间可用rbe等效代替 晶体管的C E之间可用一受控电流源ic ib等效代替 2 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路 交流通路 微变等效电路 2 2 2放大电路的动态分析 3 电压放大倍数的计算 当放大电路输出端开路 未接RL 时 因rbe与IE有关 故放大倍数与静态IE有关 负载电阻愈小 放大倍数愈小 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反 2 2 2放大电路的动态分析 4 放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源 或对前级放大电路 来说 是一个负载 可用一个电阻来等效代替 这个电阻是信号源的负载电阻 也就是放大电路的输入电阻 定义 输入电阻是对交流信号而言的 是动态电阻 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数 电路的输入电阻愈大 从信号源取得的电流愈小 因此一般总是希望得到较大的输入电阻 2 2 2放大电路的动态分析 注意 输入电阻与RS无关 2 2 2放大电路的动态分析 4 放大电路输入电阻的计算 5 放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载 或对后级放大电路 来说 是一个信号源 可以将它进行戴维宁等效 等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻 定义 输出电阻是动态电阻 与负载无关 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数 电路的输出电阻愈小 负载变化时输出电压的变化愈小 因此一般总是希望得到较小的输出电阻 2 2 2放大电路的动态分析 共射极放大电路特点 1 放大倍数高 2 输入电阻低 3 输出电阻高 求ro的步骤 1 断开负载RL 3 外加电压 外加 2 令或 4 6 静态工作点的位置与非线性失真的关系 如果Q设置不合适 晶体管进入截止区或饱和区工作 将造成非线性失真 若Q设置过高 晶体管进入饱和区工作 造成饱和失真 适当减小基极电流可消除失真 电子技术 2 2 2放大电路的动态分析 若Q设置过低 晶体管进入截止区工作 造成截止失真 适当增加基极电流可消除失真 如果Q设置合适 信号幅值过大也可产生失真 减小信号幅值可消除失真 电子技术 2 2 2放大电路的动态分析 2 2 3影响放大电路静态工作点稳定的因素 合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件 但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动 前述的固定偏置放大电路 简单 容易调整 但在温度变化 三极管老化 电源电压波动等外部因素的影响下 将引起静态工作点的变动 严重时将使放大电路不能正常工作 其中影响最大的是温度的变化 电子技术 一 温度变化对静态工作点的影响 在固定偏置放大电路中 当温度升高时 UBE ICBO 上式表明 当UCC和RB一定时 IC与UBE 以及ICBO有关 而这三个参数随温度而变化 温度升高时 IC将增加 使Q点沿负载线上移 电子技术 2 2 3影响放大电路静态工作点稳定的因素 二分压式偏置电路 1 稳定Q点的原理 基极电位基本恒定 不随温度变化 2 2 3影响放大电路静态工作点稳定的因素 集电极电流基本恒定 不随温度变化 从Q点稳定的角度来看似乎I2 VB越大越好 但I2越大 RB1 RB2必须取得较小 将增加损耗 降低输入电阻 而VB过高必使VE也增高 在UCC一定时 势必使UCE减小 从而减小放大电路输出电压的动态范围 在估算时一般选取 I2 5 10 IB VB 5 10 UBE RB1 RB2的阻值一般为几十千欧 参数的选择 VE VB 2 2 3影响放大电路静态工作点稳定的因素 电子技术 Q点稳定的过程 VE VB VB固定 RE 温度补偿电阻对直流 RE越大 稳定Q点效果越好 对交流 RE越大 交流损失越大 为避免交流损失加旁路电容CE 电子技术 2 2 3影响放大电路静态工作点稳定的因素 2 静态工作点的计算 估算法 VB 电子技术 二分压式偏置电路 3 动态分析 对交流 旁路电容CE将RE短路 RE不起作用 Au ri ro与固定偏置电路相同 如果去掉CE Au ri ro 旁路电容 二分压式偏置电路 电子技术 去掉CE后的微变等效电路 如果去掉CE Au ri ro 电子技术 式中 电子技术 二分压式偏置电路 无旁路电容CE 有旁路电容CE Au减小 分压式偏置电路 ri提高 ro不变 例1 在图示放大电路中 已知UCC 12V RC 6k RE1 300 RE2 2 7k RB1 60k RB2 20k RL 6k 晶体管 50 UBE 0 6V 试求 1 静态工作点IB IC及UCE 2 画出微变等效电路 3 输入电阻ri ro及Au 电子技术 二分压式偏置电路 解 1 由直流通路求静态工作点 直流通路 2 由微变等效电路求Au ri ro 微变等效电路 因对交流信号而言 集电极是输入与输出回路的公共端 所以是共集电极放大电路 因从发射极输出 所以称射极输出器 2 3晶体管共集电极放大电路 电子技术 一 共集电极放大电路和组成与分析 求Q点 1 静态分析 直流通路 2 3晶体管共集电极放大电路 2 动态分析 1 电压放大倍数 电压放大倍数Au 1且输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 微变等效电路 2 3晶体管共集电极放大电路 2 输入电阻 射极输出器的输入电阻高 对前级有利 ri与负载有关 2 3晶体管共集电极放大电路 3 输出电阻 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 其中 2 3晶体管共集电极放大电路 共集电极放大电路 射极输出器 的特点 1 电压放大倍数小于并约等于1 2 输入电阻高 3 输出电阻低 4 输出与输入同相 电子技术 2 3晶体管共集电极放大电路 二 共集电极放大电路的应用 主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点 1 因输入电阻高 它常被用在多级放大电路的第一级 可以提高输入电阻 减轻信号源负担 2 因输出电阻低 它常被用在多级放大电路的末级 可以降低输出电阻 提高带负载能力 3 利用ri大 ro小以及Au 1的特点 也可将射极输出器放在放大电路的两级之间 起到阻抗匹配作用 这一级称为中间隔离级或缓冲级 2 3晶体管共集电极放大电路 例1 在图示放大电路中 已知UCC 12V RE 2k RB 200k RL 2k 晶体管 60 UBE 0 6V 信号源内阻RS 100 试求 1 静态工作点IB IE及UCE 2 画出微变等效电路 3 Au ri和ro 2 3晶体管共集电极放大电路 电子技术 解 1 由直流通路求静态工作点 直流通路 2 由微变等效电路求Au ri ro 微变等效电路 一 反馈的基本概念 反馈定义 在电子电路中 将输出量 输出电压或输出电流 的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路 用来影响其输入量 放大电路的输入电压或输入电流 的措施 或过程 称为反馈 电子技术 2 6放大电路中的负反馈 对 反馈 概念的理解关键要注意两点 1 在输出端与输入端之间必须建立起通路 2 输出量作用回输入端后 必须对输入量产生一定的影响 把输出端与输入端相连 并有输出量对输入信号产生影响的一定电路形式 常被称为反馈通路 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 取 加强输入信号正反馈用于振荡器 取 削弱输入信号负反馈用于放大器 开环 闭环 2 反馈框图 功能 放大输入信号 功能 传输反馈信号 2 6放大电路中的负反馈 3 负反馈放大电路的一般表达式 闭环放大倍数 开环放大倍数 反馈系数 反馈深度 回路增益 2 6放大电路中的负反馈 4 反馈深度 一般负反馈 称为反馈深度 深度负反馈 正反馈 自激振荡 2 6放大电路中的负反馈 二 反馈的分类 1 根据反馈极性的不同 分为 正反馈 负反馈 反馈信号增强了外加输入信号的作用 使得净输入量增加 最终使AF 反馈信号削弱了外加输入信号的作用 使得净输入量减小 最终使AF 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 2 根据反馈信号本身的交直流性质 分为 直流反馈 交流反馈 反馈量中只含有直流量 或者说 只在直流通路中存在的反馈 反馈量中只含有交流量 或者说 只在交流通路中存在的反馈 在很多放大电路中 常常是交 直流反馈都有 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 3 根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同 可分为 电压反馈 电流反馈 反馈信号取自输出电压 反馈信号取自输出电流 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 4 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中求和形式的不同 可分为 串联反馈 并联反馈 反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和 即反馈信号与输入信号串联 反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和 即反馈信号与输入信号并联 串联时电流相等 是电压相加 并联时电压相等 是电流相加 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 1 有无反馈的判断 反馈的判断 原则 是否有反馈通路影响净输入量 Y 有反馈 N 无反馈 例如 判断下面各电路图中有无反馈 无反馈 有反馈 无反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 2 反馈极性 即正 负反馈 的判断 采用瞬时极性法来判断 判断原则 a 反馈量与输入量在不同输入端 极性相同 为负反馈 反之 为正反馈 b 反馈量与输入量在同一输入端 极性相反 为负反馈 反之 为正反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 减小 反馈极性为负反馈 例1 表示瞬时极性的正 该点瞬时信号的变化为增大 表示瞬时极性的负 该点瞬时信号的变化为减小 2 6放大电路中的负反馈 例2 负反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 3 交流反馈和直流反馈的判断 采用电容观察法 反馈通路如果存在隔直电容 就是交流反馈 反馈通路存在旁路电容 则是直流反馈 如果不存在电容 就是交直流反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 直流反馈 反馈信号中只包含直流成分 交流反馈 反馈信号中只包含交流成分 直流负反馈 可稳定静态工作点 减小 反馈极性为负反馈 2 6放大电路中的负反馈 交流负反馈 对放大电路的各项动态性能产生不同的影响 是用以改善电路技术指标的主要手段 减小 负反馈 2 6放大电路中的负反馈 4 电压反馈与电流反馈的判断 方法一 假设把输出端交流短路 即令输出电压等于0 观察是否仍有反馈信号 如果反馈信号不存在了 即反馈量为0 则说明是电压反馈 若反馈量不等于0 则说明是电流反馈 方法二 将负载RL开路 即RL 致使i0 0 从而使iF 0 即由输出引起的反馈信号消失了 可以确定为电流反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 iF 0 电流反馈 负反馈 iB iI iF 减小 2 6放大电路中的负反馈 uF 0 uBE uI uF 负反馈 减小 电压反馈 2 6放大电路中的负反馈 5 串联反馈与并联反馈的判断 判断方法 a 反馈量与输入量在不同输入端 对应的是电压求和 说明是串联反馈 b 反馈量与输入量在同一输入端 对应的是电流求和 说明是并联反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术 iB iI iF 为并联负反馈 Rs不能为零 2 6放大电路中的负反馈 uBE uI uF 为串联负反馈 2 6放大电路中的负反馈 本级反馈 反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈 反馈存在于两级以上的放大器中 例 6 本级反馈与级间反馈 级间反馈 本级反馈 本级反馈 2 6放大电路中的负反馈 三 负反馈的四种组态 1 电压串联负反馈 2 6放大电路中的负反馈 2 电压并联负反馈 转移电阻 反馈系数 2 6放大电路中的负反馈 3 电流串联负反馈 转移电导 反馈系数 2 6放大电路中的负反馈 4 电流并联负反馈 电流放大倍数 反馈系数 2 6放大电路中的负反馈 四种反馈类型的比较 电压串联负反馈 例1 判断各电路中反馈的极性和组态 减小 2 6放大电路中的负反馈 减小 电流并联负反馈 2 6放大电路中的负反馈 减小 电压并联负反馈 2 6放大电路中的负反馈 减小 电流串联负反馈 1 试判断下图电路中有哪些反馈支路 各是直流反馈还是交流反馈 2 6放大电路中的负反馈 电子技术